Des bactéries symbiotiques vivant à l’intérieur des insectes ont été découvertes avec les plus petits génomes jamais enregistrés pour un organisme vivant, repoussant les limites de ce qui définit la vie minimale. Cette découverte remet en question notre compréhension de la façon dont les organismes peuvent survivre avec un matériel génétique considérablement réduit et soulève des questions sur le chemin évolutif depuis les microbes libres jusqu’aux composants cellulaires comme les mitochondries.
Les Symbiotes Ultra-Réduits
Les cicadelles, insectes qui se nourrissent exclusivement de la sève des plantes, dépendent de bactéries symbiotiques pour compléter leur apport en nutriments. Au fil des millions d’années, ces bactéries sont devenues tellement liées à leurs hôtes qu’elles résident dans des cellules spécialisées de l’abdomen de l’insecte, fournissant des nutriments essentiels que les insectes ne peuvent pas obtenir de leur alimentation sucrée. En raison de cette dépendance, les bactéries ont considérablement réduit leur génome – l’ensemble complet des instructions génétiques – à une fraction de leur taille d’origine.
Des chercheurs dirigés par Piotr Łukasik de l’Université Jagellonne de Cracovie, en Pologne, ont analysé l’ADN extrait de 149 insectes appartenant à 19 familles de cicadelles. L’équipe a séquencé les génomes de deux bactéries symbiotiques clés, Vidania et Sulcia, et les a découverts incroyablement petits : moins de 181 000 paires de bases de long. En revanche, le génome humain contient des milliards de paires de bases. Certaines souches Vidania ne mesuraient que 50 000 paires de bases, ce qui en fait les plus petits génomes connus pour toutes les formes de vie, dépassant le précédent détenteur du record, Nasuia.
Le bord de la viabilité
Avec une taille aussi réduite – certaines souches ne possédant qu’une soixantaine de gènes codant pour des protéines – ces bactéries existent à l’échelle d’un virus. À titre de comparaison, le génome du virus à l’origine du COVID-19 mesure environ 30 000 paires de bases. Cela soulève une question fondamentale : à quel moment un microbe hautement réduit cesse-t-il d’être considéré comme pleinement vivant ? La distinction entre un organisme vivant et un organite, comme les mitochondries, devient de plus en plus floue.
La fonction principale des bactéries dans cette relation symbiotique est de produire de la phénylalanine, un acide aminé essentiel à la construction et au renforcement des exosquelettes des insectes. L’équipe de Łukasik théorise qu’une perte massive de gènes se produit lorsque les insectes acquièrent des sources de nutriments alternatives ou lorsque des microbes supplémentaires assument ces rôles.
Évolution et origines des organites
Les bactéries symbiotiques co-évoluent avec leurs insectes hôtes depuis environ 263 millions d’années, évoluant indépendamment vers une réduction extrême du génome dans différents groupes de cicadelles. Cette trajectoire évolutive reflète les origines des mitochondries et des chloroplastes – des organites producteurs d’énergie présents dans les cellules animales et végétales qui descendent d’anciennes bactéries. Ces organites résident également dans les cellules hôtes et sont transmis de génération en génération.
Même si certains chercheurs, comme Nancy Moran de l’Université du Texas à Austin, sont disposés à classer ces bactéries hautement réduites parmi les organites, des différences subsistent. Les mitochondries sont beaucoup plus anciennes, ayant émergé il y a plus de 1,5 milliard d’années, et leurs génomes sont encore plus petits – environ 15 000 paires de bases. De plus, les mitochondries sont réparties dans tout l’organisme, tandis que ces bactéries symbiotiques restent confinées dans des cellules spécialisées.
Łukasik suggère que ces bactéries et mitochondries occupent simplement des points différents sur un gradient de dépendance évolutive. Il soupçonne que des génomes de symbiotes encore plus petits restent inconnus, brouillant encore davantage les frontières entre la vie, la symbiose et l’intégration cellulaire.
